[发明专利]基于音频水印的电视节目互动参与方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于音频水印的电视节目互动参与方法及系统，包括：（1）嵌入步骤，即向电视节目音频信号嵌入包含互动信息的水印信号；（2）播放步骤，即利用播放装置（电视机或播放器）播放嵌入水印信号的电视节目；（3）录音步骤，即使用移动终端设备录下播放的嵌入水印信号的电视节目音频信号；（4）提取步骤，即利用移动终端设备从嵌入水印信号的电视节目音频信号中提取水印信号，只要采用移动终端打开网络即可立即参与电视节目互动。本发明方便快捷，并且不影响观众对电视节目的欣赏和观看。

主权项

1.基于音频水印的电视节目互动参与方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，向电视节目音频信号嵌入含互动信息的水印信号；步骤1进一步包括子步骤：步骤1.1，对电视节目音频信号进行gammatone分析滤波获得N个子带信号，并从N个子带信号中选取中频子带信号，即N个子带信号中第m到n个子带信号；步骤1.2，将水印信号的偶数位符号存储到CCI，奇数位符号存储到LOAD，并采用二进制表示CCI和LOAD中符号；步骤1.3，根据水印信号生成大小为N╳M的矩阵chip，矩阵chip中元素初始值均设为0，M等于水印信号中符号的二进制位数和lines的乘积，lines表示lookup的列号：1.3a，定义大小rows╳lines的lookup，其由0和1构成，每一行和每一列中0和1的数目相等，rows和lines均为偶数；1.3b，令zidai初始值为m，frame初始值为1；m为选取的中频子带信号编号最小值，zidai和frame分别表示矩阵chip的行编号和列编号；1.3c，对当前frame，若(frame‑1)能被lines整除，生成[1，rows]内的随机整数，采用该随机整数更新扩谱序列矩阵lookup当前行号p_lut；若(frame‑1)不能被lines整除，保持扩谱序列矩阵lookup当前p_lut不变；1.3d，将扩频序列矩阵lookup中第p_lut行第(frame‑1)％lines+1列的元素值与LOAD中第[(frame‑1)/lines+1]位的二进制数相异或，并将异或结果赋予矩阵chip的第zidai行第frame列，[·]表示取整；1.3e，令frame＝frame+1，循环执行步骤1.3c～1.3d，直至frame大于M；1.3f，令zidai＝zidai+1，令frame＝1，循环执行步骤1.3c～1.3e，直至zidai>n；步骤1.4，采用矩阵chip对中频子带信号幅度进行调制，获得嵌入水印信号的N个子带信号，经gammatone合成获得含互动信息的时域音频信号；步骤2，采用播放装置播放嵌入水印信号的电视节目音频信号；步骤3，利用移动终端设备录下播放的嵌入水印信号的电视节目音频信号；步骤4，从移动终端设备录下的嵌入水印信号的电视节目音频信号中提取水印信号，采用移动终端设备连接水印信号中的互动网址即可参与电视节目互动；步骤4所述的从移动终端设备录下的嵌入水印信号的电视节目音频信号中提取水印信号，进一步包括子步骤：步骤4.1，构建包含所有可能的水印信号组合的三维矩阵watermark(bit，frame，i)，具体为：4.1a，定义大小rows╳lines的扩频序列矩阵lookup，其由0和1构成，每一行和每一列中0和1的数目相等，rows和lines均为偶数；4.1b，令i初始值为0，bit初始值为1，frame初始值为1；4.1c，对当前frame，若(frame‑1)能被lines整除，生成[1，rows]内的随机整数，采用该随机整数更新扩谱序列矩阵lookup当前行号p_lut；若(frame‑1)不能被lines整除，保持扩谱序列矩阵lookup当前p_lut不变；将扩频序列矩阵lookup第p_lut行第(frame‑1)％lines+1列的元素值赋给watermark(bit，frame，i)；4.1d，令frame＝frame+1，循环执行步骤4.1c，直至frame大于M，M为水印信号中符号的二进制位数和lines的乘积，然后执行步骤4.1e；4.1e，令bit＝bit+1，frame＝1，循环执行步骤4.1c～4.1d，直到bit大于(n‑m+1)，然后，执行步骤4.1f；4.1f，令i＝i+1，bit＝1，frame＝1，循环执行步骤4.1c～4.1e，直到i等于2a，a为二进制位数；步骤4.2，定义用于控制频域范围的频域索引矩阵decoder，频域索引矩阵decoder中各列代表一种频域索引范围，频域索引范围的开始频率和结束频率根据中频子带编号设定；步骤4.3，定义用于控制时域范围的时间索引矩阵pointe，时间索引矩阵pointe中各列代表一种时间缩放尺度对应的时间索引值；步骤4.4，根据协方差原理，获得每一种频域索引范围和时间缩放尺度下矩阵watermark对应列中元素的相关值，取最大相关值对应的i、时间索引指针timeindex、频率索引指针freqindex以最大相关值，并归一化最大相关值；步骤4.5，根据最大相关值对应的i、时间索引指针timeindex、频率索引指针freqindex，运用协方差公式计算待选水印值usage，当连续三个归一化的最大相关值之和大于阈值，且当连续三次最大相关值对应的i值相等时，则认为检测出水印；否则，重新执行步骤4.4。